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疊層實體制造工藝的原理及特點

分層實體制造(LOM)是被廣泛應(yīng)用的一種快速成型工藝，其成型系統(tǒng)主要由計算機、原材料送進機構(gòu)、熱壓裝置、激光切割系統(tǒng)、可升降工作臺和數(shù)控系統(tǒng)等組成。其工作原理如下:

在CAD軟件系統(tǒng)上建立產(chǎn)品的三維CAD模型，并傳遞到快速成型系統(tǒng)上的計算機，通過數(shù)據(jù)處理軟件，將CAD模型沿成型方向切成一系列具有一定厚度的“薄片”。原材料送進機構(gòu)將底面涂有熱熔膠和添加劑的紙或塑料等薄層材料送至工作臺的上方。計算機自動控制激光切割系統(tǒng)，按“薄片”的橫截面輪廓線，在工作臺上方的薄層材料上切割出該層橫截面的輪廓形狀，并將材料的無輪廓區(qū)切割成小碎片?？缮倒ぷ髋_支撐正在成型的零件，并在每層成型之后，降低一個分層厚度，然后新的一層材料疊加在上面。通過恒溫控制的熱壓裝置將其與下面的己切割層粘合在一起，激光束再次切割出物體的新一層截面輪廓，如此往復(fù)，層層堆積，直到所有的層都加工完后，便得到最終需要的三維產(chǎn)品。

特點:

1.原料價格便宜，原型制作成本低

2.制件尺寸大

3.無須后固化處理

4.無須設(shè)計和制作支撐結(jié)構(gòu)

5.廢料易剝離

6.熱物性與機械性能好，可實現(xiàn)切削加工

7.精度高、設(shè)備可靠性好

8.壽命長、操作方便

02

疊層實體制造工藝用紙材

疊層實體快速成型工藝中的成型材料涉及到三個方面的問題，即薄層材料、粘結(jié)劑和涂布工藝。薄層材料可分為紙、塑料薄膜、金屬箔等。目前的LOM成型材料中的薄層材料多為紙材，而粘結(jié)劑一般為熱熔膠。紙材料的選取、熱熔膠的配置及涂布工藝均要從保證最終成型零件的質(zhì)量出發(fā)，同時要考慮成本。對于LOM紙材的性能，要求厚度均勻、具有足夠的抗拉強度以及粘結(jié)劑有較好的濕潤性、涂控性和粘接性等。

下面就紙的性能、熱熔膠的要求及除市工藝進行簡要的介紹：

1.紙的性能

對于LOM成型材料的紙材，有以下要求:

1)抗?jié)裥裕ＷC紙原料(卷軸紙)不會因時間長而吸水，從而保證熱壓過程中不會因水分的損失而產(chǎn)生變形及粘接不牢。紙的施膠度可用來表示紙張抗水能力的大小。

2)良好的浸潤性，保證良好的涂膠性能。

3)抗拉強度，保證在加工過程中不被拉斷。

4)收縮率小，保證熱壓過程中不會團部分水分損失而導(dǎo)致變形，可用紙的伸縮率參數(shù)計量。

5)剝離性能好，因剝離時破壞發(fā)生在紙張內(nèi)，要求紙的垂直方向抗拉強度不是很大。

6)易打磨，表面光滑。

7)穩(wěn)定性，成型零件可長時間保存。

2.熱熔膠

疊層實體制造中的成型材料多為涂有熱熔膠的紙材，層與層之間的粘接是靠熱熔腔保證的。熱熔膠的種類很多，其中EVA型熱熔膠的需求量最大，占熱熔膠消費總量的80%左右，當(dāng)然在熱熔膠中還要添加某些特殊的組分，LOM紙材對熱熔膠的基本要求為:

1)良好的熱熔冷固性(約70~100℃開始熔化，室溫下固化)。

2)在反復(fù)“熔融-固化”條件下，具有較好的物理化學(xué)穩(wěn)定性。

3)熔融狀態(tài)下與紙具有較好的涂掛性和涂勻性

4)與紙具有足夠粘接強度。

5)良好的廢料分離性能。

03

疊層實體制造工藝的應(yīng)用

1、汽車車燈

隨著汽車制造業(yè)的迅猛發(fā)展，車型更新?lián)Q代的周期不斷縮短，導(dǎo)致對與整車配套的各主要部件的設(shè)計也提出了更高要求。其中，汽車車燈組件的設(shè)計，要求在內(nèi)部結(jié)構(gòu)滿足裝配和使用要求外，其外觀的設(shè)計也必須達到與車體外形的完美統(tǒng)一。車燈設(shè)計與生產(chǎn)的專業(yè)廠家傳統(tǒng)的開發(fā)手段受到了嚴重的挑戰(zhàn)?？焖俪尚图夹g(shù)的出現(xiàn)，較好地迎合了車燈結(jié)構(gòu)與外觀開發(fā)的需求。某車燈配件公司為國內(nèi)某大型汽車制造廠開發(fā)的某種型號轎車車燈LOM原型，通過與整車的裝配檢驗和評估，顯著提高了該組車燈的開發(fā)效率和成功率。

2、鑄鐵手柄

某機床操作手柄為鑄鐵件，人工方式制作砂型鑄造用的木模十分費時困難，而且精度得不到保證。隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和普及，具有復(fù)雜曲面形狀的手柄的設(shè)計直接在CAD/CAM軟件平臺上完成，借助快速成型技術(shù)尤其是疊層實體制造技術(shù)，可以直接由 CAD模型高精度地快速制作砂型鑄造的木模，克服了人工制作的局限和困難，極大地縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)的周期并提高了產(chǎn)品的精度和質(zhì)量。

3、LOM原型在制鞋業(yè)中的應(yīng)用

當(dāng)前國際上制鞋業(yè)的競爭日益激烈，而美國Wolverine World Wide公司無論在國際還是美國國內(nèi)市場都一直保持著旺盛的銷售勢頭，該公司鞋類產(chǎn)品的款式一直保持著快速的更新，時時能夠為顧客提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，而使用PowerSHAPE軟件LOM快速原型加工技術(shù)是該公司成功的關(guān)鍵。

Wolverine的設(shè)計師們首先設(shè)計鞋底和鞋跟的模型或圖形，從不同角度用各種材料產(chǎn)生三維光照模型顯示，這種高質(zhì)的圖像顯示使得在開發(fā)過程中能及早地排除任何看起來不好的裝飾和設(shè)計。即使前期的設(shè)計已經(jīng)排除了許多不理想的地方，但是投入加工之前， Wolverine公司仍然需要有實物模型。鞋底和鞋跟的LOM模型非常精巧，但其外觀是木質(zhì)的，為使模型看起來更真實，可在LOM表面噴涂產(chǎn)生不同材質(zhì)效果。每一種鞋底配上適當(dāng)?shù)男婧笊a(chǎn)若干雙樣品，放到主要的零售店展示，以收集顧客的意見。根據(jù)顧客所反饋的意見，計算機能快速第修改模型，根據(jù)需要，可再生產(chǎn)相應(yīng)的LOM模型和式樣。